Dissipatieve particle dynamics

Dissipatieve particle dynamics is een stochastische simulatie techniek voor de dynamische en rheologische eigenschappen van eenvoudige en complexe vloeistoffen te simuleren. Het werd oorspronkelijk ontwikkeld door Hoogerbrugge en Koelman het rooster artefacten van de zogeheten rooster gas automaten voorkomen en hydrodynamische temporele en ruimtelijke schalen dan die verkrijgbaar met moleculaire dynamica pakken. Het werd later opnieuw geformuleerd en enigszins aangepast door P. Español de juiste thermische evenwichtstoestand garanderen. Een reeks nieuwe DPD algoritmen met beperkte computationele complexiteit en betere verkeersgeleiding product zijn. De informatie in dit artikel algoritmen kiest willekeurig een paar deeltje voor het aanbrengen van DPD thermostatisering dus het verminderen van de computationele complexiteit.

DPD is een off-rooster mesoscopische simulatie techniek die een set van deeltjes bewegen in continue ruimte en discrete tijd gaat. Deeltjes vertegenwoordigen hele moleculen of vloeistof regio's, in plaats van enkele atomen en atomistische details niet om de processen gericht relevant beschouwd. Interne vrijheidsgraden de deeltjes 'zijn geïntegreerd en vervangen door vereenvoudigde paarsgewijs dissipatieve en willekeurige krachten, om zo momentum lokaal behouden en zorgen voor een juiste hydrodynamische gedrag. Het belangrijkste voordeel van deze methode is dat het de toegang tot langere tijd lengteschalen dan mogelijk met conventionele MD-simulaties geeft. Simulaties van polymere vloeistoffen in hoeveelheden tot 100 nm in lineaire afmeting tientallen microseconden zijn nu algemeen.

Vergelijkingen

De totale niet-gebonden kracht die op een DPD deeltje i wordt gegeven door een som over alle deeltjes j dat binnen een vaste cut-off afstand liggen van de drie paarsgewijze-additief krachten:

waar de eerste term in de bovenstaande vergelijking is een conservatieve kracht, de tweede een dissipatieve kracht en de derde een willekeurig geweld. De conservatieve kracht werkt kralen geven chemische identiteit, terwijl de dissipatieve en willekeurige krachten vormen samen een thermostaat die de gemiddelde temperatuur van het systeem constant blijft. Een belangrijke eigenschap van alle niet-gebonden krachten is dat ze lokaal momentum behouden, zodat hydrodynamische vormen van het fluïdum ook ontstaan ​​van kleine aantallen deeltjes. Lokale behoud momentum vereist dat de willekeurige kracht tussen twee interactie kralen zijn antisymmetrisch. Elk paar interagerende deeltjes vereist dus slechts één willekeurige kracht berekening. Dit onderscheidt DPD uit Brownse dynamica waarbij elk deeltje ondervindt een willekeurige kracht onafhankelijk van alle andere deeltjes. Kralen kunnen in 'moleculen' worden verbonden door koppelverkoop ze samen met zachte veren. De meest bekende toepassingen van DPD houdt het deeltjesaantal, volume en temperatuur constant en dus plaatsvinden in de NVT ensemble. Als alternatief wordt de druk in plaats van het volume constant gehouden, zodat de simulatie in het NPV ensemble.

Parallellisatie

In principe simulaties van zeer grote systemen naderen van een kubieke micron voor milliseconden, mogelijk met een parallelle uitvoering van DPD uitgevoerd op meerdere processors in een Beowulf-style cluster. Omdat de niet gebonden krachten korte varieerden in DPD, is het mogelijk om een ​​DPD code zeer efficiënt in parallel met een ruimtelijke domein ontledingstechniek. In dit schema wordt de totale simulatie ruimte verdeeld in een aantal gebieden kubische elk zijn toegewezen aan een afzonderlijke processor in de cluster. Elke processor is verantwoordelijk voor de integratie van de bewegingsvergelijkingen van korrels waarvan de zwaartepunten liggen binnen het gebied van de ruimte. Alleen kralen liggen in de buurt van de grenzen van de ruimte elke processor vereisen communicatie tussen de processoren. Om te waarborgen dat de simulatie efficiënt, de cruciale eis is dat het aantal deeltjes-deeltjes interacties die inter-processor communicatie vereisen veel kleiner dan het aantal deeltjes-deeltjes interactie binnen het grootste deel van de regio elke processor ruimte. Ruwweg betekent dit dat het volume van de ruimte toegewezen aan elke processor voldoende groot dat het oppervlaktegebied minder zijn dan de hoeveelheid moet zijn.

Toepassingen

Een grote verscheidenheid van ingewikkelde hydrodynamische verschijnselen werden nagebootst DPD, de lijst is hier niet uitputtend. Het doel van deze simulaties vaak de macroscopische niet-Newtoniaanse vloeieigenschappen van het fluïdum betrekking op het microscopische structuur. Dergelijke DPD toepassingen variëren van het modelleren van de rheologische eigenschappen van beton liposoomvorming simuleren Biophysics. Andere recente fenomenen driefasig zoals dynamische bevochtiging.

Verder lezen

De volledige spoor van de ontwikkelingen van de verschillende belangrijke aspecten van de DPD methode, omdat het voor het eerst in de vroege jaren 1990 werd voorgesteld is te vinden in "Dissipatief Particle Dynamics: Introductie, Methodologie en Complex Fluid Applications - een beoordeling"

De state-of-the-art in DPD werd gevangen in een CECAM workshop in 2008. Innovaties om de techniek gepresenteerd er onder DPD met energiebesparing; decentrale wrijvingskrachten waarmee de viscositeit te stemmen; een algoritme voor het voorkomen van binding kruising tussen polymeren; en de automatische kalibratie van DPD wisselwerkingsparametingen van atomaire moleculaire dynamica.

(0)
(0)
Commentaren - 0
Geen commentaar

Voeg een reactie

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tekens over: 3000
captcha